近年来，以“西气东输”为代表的我国石油天然气工业迎来了一个崭新的发展阶段，对石油用钢提出了高强度、高韧性和抗硫化氢性能的要求。在我国，虽然石油用钢的研制生产已经十几年，但产品的组织性能仍与国际先进水平存在着较大的差距。在高性能管线钢的合金成分设计，轧制过程中奥氏体诃节的控制，轧后冷却过程的组织演变及化学成分对抗硫化氢性能的影响等方面，还有许多问题尚未得到有效解决。因此，针对上述问题，对低碳微合金化管线钢的生产技术特别是组织性能的控制技术展开深入细致的研究，对高性能管线钢的减量化工业化生产具有重要理论意义和实用价值。 本文结合“新一代钢铁材料的重大基础研究”课题和辽宁省科技攻关项目“抗硫化氢管线钢的开发”，采用实验理论研究与工业化实践相结合的方法，对低碳微合金化管线钢组织性能控制的关键问题进行系统研究，在本钢传统流程生产线上实现了西气东输用X70针状铁素体管线钢批量工业化生产的预期成果。本文的主要工作和研究成果如下： (1)针对本钢1700热连轧机组轧制强度较低的设备特点，对低碳微合金化钢奥氏体变形与再结晶过程进行了系统研究。确定了变形过程中动态再结晶、静态再结晶及应变诱导析出等物理冶金过程的影响因素。实验结果表明，静态再结晶是低碳微合金化钢奥氏体晶粒细化的主要机制。应变诱导析出最短孕育时间对应的温度为925℃。在此温度以下，静态再结晶受到明显地抑制。钼含量和奥氏体化温度的提高，促进了应变诱导析出、提高了再结晶激活能抑制了再结晶过程。多道次变形淬火组织观察表明，在未再结晶温度以上，通过多道次再结晶控制轧制能够获得10 μ m左右细小的奥氏体晶粒。 (2)采用组织观察和膨胀法对低碳微合金化钢过冷奥氏体分解过程中的组织演变进行了研究，建立了完整的等温转变动力学曲线(TTT)和连续冷却转变动力学曲线(CCT)。实验结果表明，在低碳微合金化钢多边形铁素体和贝氏体铁素体转变温度之间存在着明显的非等轴铁素体转变，其组织特征为无明显铁素体边界，在非等轴铁素体内部存在无规则或有方向性排列的岛状组织，它是由在连续冷却过程中由首先发生块状转变形成的准多边形铁素体和随后发生扩散与切变型贝氏体转变形成的粒状铁素体、贝氏体铁素体组成的混合组织。变形显著地提高了相变开始温度，促进了等轴铁素体转变，提高了非等轴铁素体临界冷却速度。 变形对非等轴铁素体相变结束点影响较小，说明变形促进非等轴铁素体的形核，但对长大过程影响不大。碳含量的降低，促进了块状铁素体转变，提高了相变开始温度。钼含量的添加，推迟了多变形铁素体转变，增加了贝氏体铁素体转变区与多边形铁素体转变区分离程度，促进了块状铁素体转变。综合两者的作用，在层流冷却能办较低的热连轧生产线上能够更容易地获得非等轴铁素体。 (3)以不同商用低碳微合金化管线钢为研究对象，针对硫含量对抗硫化氢腐蚀性能影响进行研究，确定工业化生产经济的硫含量。研究结果表明，S含量大于0.005％时，易形成长条状的MnS夹杂将使材料的抗HIC性能急剧恶化，无法满足NACE标准对管线钢抗HIC开裂性能的要求，并且随着腐蚀浸泡时间的延长，氢致裂纹将发生长大、扩展和合并。在实验条件下，硫含量对抗SSC开裂性能影响不明显，而材料的位错密度是影响抗SSC开裂性能的主要因素。因此，在工业化生产中，可将硫含量控制在0.005％以下，实现炼钢生产的减量化。 (4)在前几部分工作的基础上，在本钢传统流程生产线上进行X70针状铁素体管线钢纯净化冶炼工艺、控制轧制控制冷却工艺以及制管性能的研究，实现了X70管线钢大规模减量化的工业生产。工业化实践表明：采用纯净化冶炼工艺能够获得低的S、P、O、N含量和细小的少量夹杂物；针对热连轧加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取五个阶段，在不同阶段优化工艺参数，获得了细小、均质的针状铁素体(非等轴铁素体)组织；组织性能分析表明，工业化生产的针状铁素体高性能管线钢具有优良的强韧性、焊接性能、抗HIC性能和低的包辛格效应。